大型倒虹吸管的设计及运行控制

大型倒虹吸管的设计及运行控制

唐志锋

桂林市水利电力勘测设计研究院 541000

摘要：本文主要是针对大型的倒虹吸管进行设计方面和运行控制方面的分析和研究，由于我国灌区建设日益完善，导致我国对于灌溉排水的要求有所提高，在山区中或者一些项目中常需要用到倒虹吸管的存在，来帮助缺水地段引进水资源，但大型的倒虹吸管面临着许多的设计问题，比如在运行期间中出现穿越障碍物、泥沙淤积等等的问题，都需要进行进一步的探究，大型倒虹吸管的应用对于城镇乡村的水源质量能够有一定的保护，对于自然环境也具有很重要的保护意义。希望本文能够对大型倒虹吸管的设计及运行控制相关的研究提供一定的价值。

关键词：大型倒虹吸管；设计；运行控制

在山区进行灌溉的过程中，会遇到排水管道要经过河流、谷地、道路相交处的情况，此时对于输水建筑物的设置就不能够进行一成不变的铺设，必须要进行方案比选，使用倒虹吸管、渡槽、填方渠道下的涵洞等交叉建筑物就成了讨论的课题，倒虹吸管较适用于谷道深邃、渡槽排架过高难以修建渡槽、高填方、采用绕线方案较困难的情况，由于倒虹吸管具有工程量小、施工方便、性价比高等优点，在水头充足的山区较受欢迎，但其缺点是水头损失大。

1倒虹吸管设计

确定好设计输水流量、工程规模及等别后，倒虹吸管设计应确定管线布置的位置及型式，一般来说大体可分为两大类，分别是地埋式或架空式。具体型式根据地形条件、水头高低和支承型式来确定。倒虹吸管进口段一般由渐变段、拦污栅、节制闸、连接段、沉沙与冲沙及泄水设施等部分组成，出口段通常做成消力池型式，消力池后用渐变段与渠道衔接，以便于调整水流的流速分布，避免冲刷下游的渠道。倒虹吸管的渐变段一般可分为三种：扭曲面、直立八字墙及圆锥式。拦污栅一般布置在倒虹吸管道进口的工作闸门前，不宜太过于靠近管口。为了方便倒虹吸管道进口处的冲沙及清淤、检修和临时停水等措施，在进口处常设节制闸。倒虹吸管连接段上游端为节制闸，两侧为挡水边墙，下游为挡水胸墙，倒虹吸管的进水口设在胸墙的下部，底部为基础板。倒虹吸管连接段的布置应使管道进口处顶部低于倒虹吸管通过最小流量时进水口前的计算水位，整个进口段顶部高程由水力计算所确定。

倒虹吸管的管径由设计流量及选定的流速来确定。其输水能力则按压力流来计算计算下游渠道底部高程时，需计算局部及沿程的水头损失。当管道内通过小于总干渠的最小流量时,可利用管道出口节制闸控制出水口水位, 也可保证进水口的淹没深度。

作用于倒虹吸管上的荷载有管道自重、管内水重、土压力、内外水压力、弯曲段的水流离心力、地面荷载及温度变化和混凝土干缩引起的内力等，计算荷载时，因充分根据工程布置型式及运行期间可能出现的最不利的荷载组合进行考虑。倒虹吸管四季运行时,会受到不同的外水压力与土压力，因此管道需考虑在冰冻条件下管体材料的抗冻能力。当下游渠道工程或倒虹吸管出现故障时,应尽可能的关闭进口处的闸门，以避免管内产生水锤压力。

2问题分析

在我国以往的倒虹吸管最小设计流量中，一般应该是大于0.9m/s，且流量远远超过了进出水管的流量;否则，定期清理冲洗后的流速一般不宜小于1.2m/s。这次调研没有找出存在的问题。日本法律规定：倒虹吸管的流量，应比一般进水管多20%~30%;英国对倒虹吸管的流量规定:其值为小于1.2m/s。近期国内外研究成果和模型实验结果表明，对于大型倒虹吸管来说，0.9m/s的极限流速无法控制倒虹吸管沉降。为了避免倒虹吸管水平段泥沙严重沉积，根据国外研究结果分析，倒虹吸管内部的流速一般不应超过1.36 m/s。根据模拟实验沉降冲刷的结果，当管内流速超过或等于1.07~1.37 m/s时，砂床高度并非会直接影响倒虹吸管的正常使用。冲淤实验表明，当淤泥的流速超过了1.37m/s时，大部分的淤泥都可以从倒虹吸管中迅速地冲出。当流速超过或等于1.46m/s时，管内基本没有砂床。对于大型的倒虹吸管，目前仍然还没有对于管道流量的问题的解决措施，但是对于中小型倒虹吸管的淤积，仍然是可以试一试的。倒虹吸管有可能会导致泥沙淤积，因为倒虹吸管的运行期间，上游一旦出现山体滑坡，泥土会顺着渠道流入倒虹吸管内，且运行初期流量低。由于倒虹吸管是根据灌溉用水的长期分流来计算设计的，但在汇流系统向分流系统过渡的过程中，长期起到截流作用，因此会不可避免遇到泥沙问题。工程运行初期，雨水、库水会夹杂泥沙进入渠道中，雨水中的泥沙颗粒体积大，比重高，所以更容易在倒管内淤塞。倒虹吸管库水中的泥沙颗粒细小，含有大量有机物，因此泥沙具有粘性。如果粘性沉淀物长期沉积在倒管内，就会产生硬化现象。硬化后，需要更高的速度来推动沉积物，根据大型倒虹吸管的研究结果，极限流速无法控制倒虹吸管的沉降。

3工程措施

为了使得倒虹吸管的使用效果良好，尽量减少发生泥沙淤积的情况，对于倒虹吸管的管内的流量要进行严格的控制，对于控制的技术和工艺进行研究和应用。倒虹吸管的建立就是为了提供更加方便的排沙系统，使得乡镇村庄灌溉用水能够保持干净的水源和畅通的排沙。但是夹杂泥沙后的雨水流量是无法预计的，因此对于夹杂泥沙后的雨水流量要进行一定的标准的规定才能够保证在整体的倒虹吸管的建设工程中倒虹吸管的稳定性和可靠性，管道的淤积的是倒虹吸管设计最需要解决的问题，所以我们要在传统的倒虹吸管上面进行设计的创新和完善，使得我们的倒虹吸管的性能更加的符合要求，我们可以增加对于倒虹吸管的清理污垢的设施的建设，使得有另一种途径可以解决倒虹吸管的泥沙淤积并且难以处理的问题。还要根据实际的倒虹吸管的建设之地的情况，对于倒虹吸管检进行更多具有针对性的设计。对于倒虹吸管可以进行设置可以开启的阀门，对于管道的清理更加的便利，使得管道的畅通性能够得到保障，便于清理倒虹吸管的淤积。而且还要考虑到在清理淤泥的时候，进出阀门必须是关闭的，才能保证对于清理污垢的安全性，使得对于倒虹吸管的护理能够更好的完成，否则可能会对相应的处理人员的安全造成一定的威害，所以在进行清理污垢时，相应的各个部分的检查一定要仔细和完善，以保证对于倒虹吸管的更好的维护和对工作人员的安全的保障。最后在管道排空后，还要进行出入口的检查和清理，使得清理效果能够得到保障。对于倒虹吸管的各种直径和材料的设置也要进行十分的关注，使得相关的倒虹吸管的工程能够得到完善和保证，全面的完整的对于管道进行相关的设计的考量，使得管道的使用寿命和倒虹吸管的质量能够得到一定的保证，保证倒虹吸管的正常的使用运转。

4结论

倒虹吸管的设计从总体上看，要对于专业的理论深入的剖析，以科学的理论作为设计的支撑，也不能缺少了实践的基础，对于倒虹吸管的相关的设计和工程的经验进行总结和践行，在这个过程中对于相关的设计和实施进行不断地优化和完善。本文对于倒虹吸管设计中对于淤泥的堵塞的解决，对于淤泥清理的方式的探析，认识到对于倒虹吸管的相关的设计还需要进行提高，所以在进行倒虹吸管设计时，要考虑到淤泥和硬度的问题，尽可能将倒虹吸管的的疏通的能力进行一个提升，同时在设置倒虹吸管时增加清淤设施的合理布置，这样能够防止万一依然出现了淤泥堆积的情况，可以通过设施进行处理，保证倒虹吸管的顺利运行。

参考文献

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